KR20170026295A - 광 가공 장치 - Google Patents

Abstract

가공 대상물을 이동시켜 가공을 실행하는 광 가공 장치에 있어서, 가공 대상물의 평면도를 유지하는 것을 과제로 한다.
가공대 부재(53)의 대면 상에 재치(載置)된 상태의 가공 대상물(35)을 이동시키는 이동 수단과, 상기 가공대 부재의 대면 상에 재치되어 있는 가공 대상물 부분에 가공 광(L)을 조사하는 광 조사 수단(1, 2)을 구비하는 광 가공 장치에 있어서, 상기 가공대 부재의 대면에 형성되어 있는 흡인구로부터의 흡인력에 의하여 상기 가공 대상물을 상기 대면에 흡착시키는 흡착 수단(57, 58)과, 상기 이동 수단에 의한 가공 대상물의 이동 중의 정해진 흡인 기간에 상기 가공 대상물을 상기 대면에 흡착시키도록 상기 흡착 수단을 제어하는 흡착 제어 수단(40)을 구비한다.

Description

광 가공 장치{LASER BEAM MACHINING DEVICE}

본 발명은 광 가공 장치에 관한 것이다.

종래, 가공 대상물을 이송하여 광 가공 장치의 가공 영역에 대하여 가공 대상물의 피가공 부분을 상대 이동시켜 해당 가공 대상물에 대한 가공 처리를 실행하는 광 가공 장치가 알려져 있다.

예컨대, 특허 문헌 1(특허 공개 공보2003－205384호)에는 광원으로부터 출사되는 레이저 빔(가공 광)을 워크에 조사하여 워크 상의 ITO 박막을 패터닝 가공하거나 금속 박판으로 된 워크 자체를 절삭 가공하거나 하는 레이저 가공 장치가 개시되어 있다. 이 레이저 가공 장치에서, 워크는 롤 형으로 감겨진 상태로 워크 공급부에 지지되고, 그 워크 공급부로부터 워크를 인출하여 워크의 피가공 부분을 레이저 가공 장치의 가공 영역으로 이동시킨다. 그리고, 광원으로부터 출사된 레이저 빔을 갈바노 미러(광 주사 수단)에 의하여 2 차원 방향으로 주사하여 가공 영역 내의 워크의 피가공 부분을 가공 처리한다. 가공 처리 후, 워크를 더 한층 인출하여 다음의 피가공 부분을 레이저 가공 장치의 가공 영역으로 이동시켜, 해당 피가공 부분을 가공 처리한다.

특허 공개 공보2003－205384호

일반적으로, 가공 광을 이용하여 가공 대상물을 가공하는 광 가공 장치에서는, 가공 대상물에 조사되는 가공 광의 광축 방향으로 가공 대상물이 변위하게 되면, 가공 대상물에 대한 가공 광의 초점 위치가 변동하여 안정된 가공 정밀도를 얻을 수 없게 된다. 그 때문에, 해당 광축 방향의 가공 대상물의 위치를 결정하기 위한 압반(platen) 등인 가공대 부재 상에서 가공 대상물의 평면도를 확보할 필요가 있다.

그런데, 가공 대상물을 이동시켜 수시로 가공을 실행하는 광 가공 장치에서는 가공 대상물의 평면도를 유지하는 것이 곤란하다는 문제가 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 가공대 부재의 대면(臺面) 상에 재치(載置)된 상태의 가공 대상물을 이동시키는 이동 수단과, 상기 가공대 부재의 대면 상에 재치되어 있는 가공 대상물 부분에 가공 광을 조사하는 광 조사 수단을 구비하는 광 가공 장치에 있어서, 상기 가공대 부재의 대면에 형성되어 있는 흡인구로부터의 흡인력에 의하여 상기 가공 대상물을 상기 대면에 흡착시키는 흡착 수단과, 상기 이동 수단에 의한 가공 대상물의 이동 중의 정해진 흡인 기간에 상기 가공 대상물을 상기 대면에 흡착시키도록 상기 흡착 수단을 제어하는 흡착 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 가공 대상물을 이동시켜 가공을 실행하는 광 가공 장치에서 가공 대상물의 평면도를 유지할 수 있다.

도 1은 실시 형태에 따른 레이저 패터닝 장치의 주요부 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 이 레이저 패터닝 장치 중의 레이저 발진기의 일 구성 예를 나타내는 모식도이다.
도 3은 이 레이저 패터닝 장치 중의 광 주사 수단의 일 변형 예를 나타내는 모식도이다.
도 4는 이 레이저 패터닝 장치 중의 워크 이송부의 일 구성예를 나타내는 모식도이다.
도 5는 이 워크 이송부의 평면도이다.
도 6은 이 레이저 패터닝 장치 중의 워크 이송부의 다른 구성을 나타내는 모식도이다.
도 7은 이 레이저 패터닝 장치 중의 캐리지가 주주사 방향의 상이한 위치에 각각 위치할 때의 레이저 광의 광로를 나타내는 설명도이다.
도 8은 실시 형태의 레이저 패터닝 장치에 따른 패터닝 가공 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 9는 실시 형태의 워크 송출 처리 흐름의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 10은 워크 상의 피가공 영역을 12개의 피스로 분할하여 차례로 가공 처리를 실행하는 경우의 가공 순서를 나타내는 설명도이다.
도 11은 피스(피가공 부분) 간에서 연속되는 배선 패턴의 일례를 나타내는 설명도이다.

이하, 본 발명에 따른 광 가공 장치를 레이저 패터닝 장치에 적용한 일 실시 형태에 대하여 설명한다.

본 실시 형태의 레이저 패터닝 장치에서의 가공 대상물은 기재 상에 ITO 박막이 형성된 워크이며, 이 워크 상의 ITO 박막에 레이저 광(가공 광)을 조사하여 부분적으로 ITO 박막을 제거함으로써, ITO 박막을 패터닝 가공하는 것이다. 다만, 본 발명에 따른 광 가공 장치는 본 실시 형태에 관한 레이저 패터닝 장치에 한정되는 것이 아니고, 다른 패터닝 가공을 실행하는 장치, 절삭 가공 등 다른 가공 처리를 실행하는 장치, 비레이저 광을 가공 광으로서 이용하여 가공하는 장치 등에도 적용 가능하다.

도 1은 본 실시형태에 따른 레이저 패터닝 장치의 주요부 구성을 나타내는 모식도이다.

본 실시형태의 레이저 패터닝 장치는 레이저 출력부(1)와 레이저 주사부(2)와 워크 이송부(3)와 제어부를 구비하고 있다.

레이저 출력부(1)는 광원으로서의 레이저 발진기(11)와 레이저 발진기(11)로부터 출력되는 가공 광으로서의 레이저 광(L)의 빔 직경을 확대하는 빔 확장기(12)를 구비한다.

레이저 주사부(2)는 레이저 광(L)을 반사하는 X축 방향 주사용과 Y축 방향 주사용의 2개의 갈바노 미러(21a)를 스텝 모터(21b)로 회전시켜 X축 방향 및 Y축 방향으로 레이저 광(L)을 주사시키는 광 주사 수단으로서의 갈바노 스캐너(21)와, 갈바노 스캐너(21)로 주사된 레이저 광(L)을 워크(35)의 표면(피가공면) 또는 기재와 ITO 막의 계면 등인 워크 내부(워크 표면으로부터 정해진 깊이만큼 오프셋된 개소)에 집광시키는 집광 수단으로서의 fθ렌즈(22)를 구비한다.

레이저 출력부(1)의 레이저 발진기(11)는 레이저 드라이버부(10)에 의하여 제어된다. 구체적으로는, 레이저 드라이버부(10)는 레이저 주사부(2)의 갈바노 스캐너(21)의 주사 동작에 연동하여 레이저 발진기(11)의 발광을 제어한다. 레이저 발진기(11)에는 예컨대 기재에 대한 열 영향으로 인한 손상이 적은 100［ns］이하의 펄스 발진에 의한 펄스 섬유 레이저를 이용할 수 있지만, 다른 광원을 이용하여도 된다.

도 2는 본 실시형태의 레이저 발진기(11)의 1 구성예를 나타내는 모식도이다.

본 실시형태의 레이저 발진기(11)는 MOPA(Master Oscillator Power Amplifier)로 불리는 펄스 섬유 레이저이다. 이 레이저 발진기(11)는 종자 LD(74)를 펄스 발생기(73)로 펄스 발진시켜 종자 광을 생성하고 광 섬유 앰프로 다수 단계로 증폭시키는 펄스 엔진부(70)와, 펄스 엔진부(70)로부터 출력되는 레이저 광(L)을 유도하는 출력 섬유(71)와, 평행 광속화 수단으로서의 콜리메이트 광학계(83)에 의하여 대략 평행 광속으로서 레이저 광(L)을 출사하는 출력 헤드부(72)로 구성되어 있다. 본 실시형태에서는 출력 헤드부(72)만이 레이저 출력부(1)에 설치된다.

펄스 엔진부(70)는 광 섬유(78), 여기 LD(76) 및 커플러(77)를 구비하는 프리앰프부와, 광 섬유(82), 여기 LD(80) 및 커플러(81)를 구비하는 메인 앰프부로 구성된다. 광 섬유에는 코어에 희토류 원소를 도프한 더블 클래드 구조의 것이 이용되고, 여기 LD(76)로부터의 여기광의 흡수에 의하여 섬유의 출력단, 입사단에 설치되는 미러 사이에서 반사를 반복하여 레이저 발진에 이른다. 도 2중 부호 75는 역방향의 광을 차단하는 광 단로기이며, 도 2중 부호 79는 ASE광을 제거하는 밴드 패스 필터이다.

본 실시형태에서는 종자 LD(74)의 파장을 근적외의 1064［nm］로 하고 있지만, 제2 고조파인 532［nm］, 제3 고조파인 355［nm］를 비롯하여, 워크 재질에 따라 적합한 파장을 선택할 수 있다. 또한 레이저 발진기(11)에는 이트륨·바나데이트 결정으로 이루어지는 레이저 매질에 여기광을 조사함으로써 레이저 발진을 일으키게 하는 YVO4 레이저 등인 고체 레이저를 이용하여도 된다.

레이저 주사부(2)의 갈바노 스캐너(21)는 X축 방향 주사용과 Y축 방향 주사용의 각 갈바노 미러(21a)를 각각 회전시키는 각 스텝 모터(21b)가 갈바노 스캐너 제어부(20)에 의하여 제어된다. 갈바노 스캐너 제어부(20)는 가공 패턴을 구성하는 선분 요소 데이터(선분 시점 좌표와 선분 종점 좌표)에 따라 갈바노 미러(21a)의 반사면에 대한 경사 각도(반사면에 입사되는 레이저 광의 광축에 대한 반사면의 경사 각도)가 X축 방향에 대응하는 방향 또는 Y축 방향에 대응하는 방향으로 변화하도록, 각 스텝 모터(21b)를 제어한다. 이에 따라, 선분 요소의 시점 및 종점의 X－Y좌표에 대응하여 각 갈바노 미러(21a)를 주사 개시 경사 각도로부터 주사 종료 경사 각도까지 회전시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 광 주사 수단으로서 X축 방향 주사와 Y축 방향 주사 모두가 갈바노 스캐너에 의하여 구성되어 있지만, 이에 한정되지 않고 널리 공지된 광 주사 수단을 이용할 수 있다. 또, X축 방향 주사용의 광 주사 수단과 Y축 방향 주사용의 광 주사 수단은 다른 구성의 광 주사 수단이어도 된다. 예컨대, 도 3에 나타낸 바와 같이, Y축 방향 주사용의 주사 수단에는 갈바노 스캐너(21)를 이용하고, X축 방향 주사용의 주사 수단에는 다각형 미러(91a)를 모터(91b)로 회전시키는 다각형 스캐너(91)를 이용하여도 된다. X축 방향의 광 주사 제어는 도 3에 나타낸 바와 같이, 다각형 미러(91a)로 반사한 레이저 광(L)을 렌즈(92)를 통하여 광학 센서(93)로 수광하는 수광 타이밍에 근거하여 실시할 수 있다.

레이저 주사부(2)는 주주사 방향(X축 방향)으로 이동 가능한 캐리지(25) 상에 탑재되어 있다. 캐리지(25)는 구동 풀리(27a) 및 종동 풀리(27b)에 씌워진 타이밍 벨트(27) 상에 장착되어 있다. 구동 풀리(27a)에 접속되어 있는 스텝 모터(26)를 구동시킴으로써, 타이밍 벨트(27)가 이동하여 주주사 방향으로 연신되는 리니어 가이드(29)(도 4 참조)를 따라 타이밍 벨트(27) 상의 캐리지(25)가 주주사 방향(X축 방향)으로 이동한다. 캐리지(25)의 주주사 방향 위치는 리니어 엔코더(28)의 출력 신호(주소 신호)에 근거하여 검출할 수 있다. 스텝 모터(26)는 주주사 제어부(24)에 의하여 제어된다.

또한 본 실시 형태에서는 레이저 주사부(2)를 탑재하는 캐리지(25)의 이동 수단으로서 타이밍 벨트를 이용한 이동 수단을 채용하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 리니어 스테이지 등인 직선 이동 가능한 수단도 대용할 수 있고, 2 차원 방향으로 이동시키는 이동 수단을 이용하여도 된다.

워크 이송부(3)는 구동 롤러(32a)와 종동 롤러(32b)로 이루어지는 이송 롤러쌍(32)을 구비하고, 구동 롤러(32a)는 타이밍 벨트(31a)를 통하여 스텝 모터(31)에 의하여 구동된다. 스텝 모터(31)는 부주사 제어부(30)에 의하여 제어되어 이송 롤러쌍(32)으로 협지된 워크(35)를 부주사 방향(Y축 방향)의 목표 이송 위치로 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 레이저 주사부(2)로부터 조사되는 레이저 광(L)의 주사 범위인 가공 영역(36)으로 워크 상의 피가공 부분을 차례로 송출한다.

구체적으로는, 워크 이송부(3)는 워크(35)의 주주사 방향 양단 부근의 워크 표면에 형성되어 있는 정렬 마크(37)를 촬상하는 모니터 카메라(33, 34)를 구비하고 있다. 부주사 제어부(30)는 스텝 모터(31)에 의하여 워크(35)를 미소량씩 워크 송출 방향B(부주사 방향)으로 스텝 송출하면서, 모니터 카메라(33, 34)로부터 출력되는 화상 데이터를 차례로 취득한다. 그리고, 패턴 매칭 처리 등에 의하여 정렬 마크(37)를 검출하여 목표 이송 위치까지의 워크 이동량을 연산하고, 그 연산 결과에 근거하여 스텝 모터(31)를 제어하여 워크(35)의 부주사 방향 위치를 목표 이송 위치까지 이동시킨다.

도 4는 워크 이송부(3)의 일 구성예를 나타내는 모식도이며, 도 5는 그 평면도이다.

본 실시 형태의 워크(35)는 공급 스풀 축(51) 상에 롤 형으로 감겨진 상태로 권출 지지부로서의 롤 공급부(50)에 지지되어 있고, 이로부터 권출된 워크 부분이 입구 가이드 판(52)에 따라 레지스트레이션 롤러쌍(32)의 닙부에 협지되어 레지스트레이션 롤러쌍(32)의 구동에 의하여 가공대 부재로서의 가공 테이블(53)상에 세트된다. 공급 스풀 축(51)은 전달 토크 변경 수단으로서의 권출용 파우더 클러치(59)를 통하여 DC모터로 이루어지는 권출 모터(56)에 접속되어 권출 모터(56)의 구동력으로 워크(35)를 권출 방향으로 회전 구동 가능토록 구성되어 있다.

가공 테이블(53)은 레이저 광(L)을 투과하는 광 투과 부재로 형성되어 있다. 이에 따라, 레이저 광(L)에 의한 가공 테이블(53)의 손상을 억제할 수 있어 가공 테이블(53)의 수명을 연장할 수 있다.

또, 가공 테이블(53)의 표면(대면)에는 무수한 세공(흡인구)이 형성되어 있고, 가공 테이블(53)의 뒷면에 형성된 공동부(57)의 공기를 흡인 펌프(58)가 빨아냄으로써, 워크(35)를 가공 테이블(53)의 표면에 흡착시켜 가공 영역(36)내의 워크(35)의 평면성을 확보하고 있다. 본 실시 형태에서는 가공 테이블(53)의 표면 상에 흡착된 상태의 워크(35)에 대하여 가공 처리를 실행할 때, 레지스트레이션 롤러쌍(32)에 의하여 워크(35)가 이동하지 않도록, 제동 수단으로서의 전자 브레이크로 이루어지는 레지스트레이션 브레이크(38)에 의하여 레지스트레이션 롤러쌍(32)이 회전 불가능토록 한다. 이에 따라, 가공 처리 중에 워크(35)가 레지스트레이션 롤러쌍(32)에 의하여 움직이는 것을 금지할 수 있어 안정된 가공 처리를 실현할 수 있다.

가공 후의 워크는 권취 스풀 축(67) 상에 롤 형에 권취되어 권취 지지부로서의 롤 배출부(60)에 지지된다. 권취 스풀 축(67)은 전달 토크 변경 수단으로서의 권취용 파우더 클러치(63)를 통하여 DC모터로 이루어지는 권취 모터(62)에 접속되어 권취 모터(62)의 구동력으로 워크(35)를 권취하는 방향으로 회전 구동 가능토록 구성되어 있다.

본 실시 형태에서는 가공 후의 워크는 그 표면에 부착된 가공 분진을 한 쌍의 클린 롤러(64)에 의하여 제거한 후, 권취 스풀 축(67)에 감기도록 구성되어 있다. 클린 롤러(64)에 흡착된 가공 분진은 점착 롤러(65)에 전사되어 회수된다. 또, 가공 후의 워크 표면을 긁힘 등으로부터 보호하기 위하여, 가공 후의 워크(35)의 표리에 래미네이트 필름을 붙힌 후 권취 스풀 축(67)에 감는다. 래미네이트 필름은 래미네이트 롤(66)로부터 권출되어 가공 후의 워크와 함께 권취 스풀 축(67)에 감긴다.

또한, 본 실시 형태에서는 가공 후의 워크를 롤 형으로 권출하는 롤 to 롤 방식을 채용하고 있지만, 도 6에 나타낸 바와 같이, 가공 후의 워크를 컷 시트로서 배출하는 롤 to 시트 방식을 채용하여도 된다. 도 6에 예시하는 구성에서 가공 후의 워크는 커터(54)를 주주사 방향에 이동시킴으로써 정해진 사이즈마다 재단되어 트레이(55)로 배출된다.

제어부는 본 레이저 패터닝 장치의 전체를 통괄하여 관리, 제어하는 제어 PC(40)를 구비하고 있다. 제어 PC(40)는 레이저 드라이버부(10), 갈바노 스캐너 제어부(20), 주주사 제어부(24), 부주사 제어부(30) 등에 접속되어 각자의 상태를 관리하거나 가공 순서를 제어하거나 한다.

레이저 출력부(1)의 빔 확장기(12)는 복수개의 렌즈로 구성되어 레이저 광로 상에서 레이저 주사부(2)의 fθ렌즈(22)에 가장 가까운 렌즈(39)의 위치가 레이저 광의 광축 방향으로 이동 가능토록 구성되어 있다. 렌즈(39)의 위치를 이동시킴으로써, 레이저 주사부(2)를 탑재한 캐리지가 후술하는 바와 같이 주주사 방향의 각 정지 목표 위치에 정지했을 때의 집광 거리가 맞추어지도록 미조정할 수 있다. 즉, 빔 확장기(12)는 갈바노 스캐너(21)에 입사하는 레이저 광(L)이 평행 광속으로 되도록 미조정하는 포커싱(focusing) 기능을 구비한다.

본 실시 형태에 있어서, 워크(35)에 대한 레이저 광(L)의 주사 범위인 가공 영역(36)의 X축 방향 및 Y축 방향의 각 최대 길이(L)는 fθ렌즈(22)의 초점거리를 f로 하면, 각각의 갈바노 미러(21a)의 최대 경사 각도θ(예컨대±20о)를 이용하여 다음 식(1)로부터 얻을 수 있다.

L = f×θ···(1)

이 식(1)에 나타낸 바와 같이, 가공 영역(36)의 넓이는 갈바노 스캐너(21)의 주사 범위(갈바노 미러(21a)의 최대 경사 각도)에 의하여 제한을 받게 된다. 여기서, 갈바노 스캐너(21)의 주사 범위가 넓어질수록 워크(35) 상의 적절한 집광이 곤란해지기 때문에, 가공 영역(36)내의 가공의 균일성을 유지하는 것이 어려워진다. 그 때문에, 갈바노 스캐너(21)의 주사 범위, 즉 갈바노 미러(21a)의 최대 경사 각도θ를 확장시키는 것에도 한계가 있다. 따라서, 갈바노 스캐너(21)의 주사 범위(갈바노 미러(21a)의 최대 경사 각도θ)를 확장시켜 가공 영역(36)을 넓히는 것에는 한계가 있다.

한편, 상기 식(1)에 의하면, fθ렌즈(22)의 초점거리(f)를 길게 하면, 가공 영역(36)을 넓힐 수 있다. 그러나, 이 초점거리(f)를 길게 할 수록 워크(35)로부터 fθ렌즈(22)를 멀리 배치할 필요가 있어, 본 레이저 패터닝 장치가 대형화된다는 문제가 생긴다.

또한, X축 방향 및 Y축 방향으로의 각 가공 분해능σ은 스텝 모터(21b)의 펄스수를 P로 하면, 다음 식(2)로부터 얻을 수 있다.

σ= f×(2π／P)···(2)

이 식(2)에 나타낸 바와 같이, fθ렌즈(22)의 초점거리(f)를 길게 할 수록 가공 분해능σ이 낮아진다. 따라서, 높은 가공 분해능σ에 의한 고정밀 가공을 실현하는 것과 보다 넓은 가공 영역을 실현하는 것은 트레이드 오프의 관계에 있다. 따라서, 가공 분해능σ을 고려하면, 초점거리(f)를 길게 하여 가공 영역(36)을 넓히는 것에도 한계가 있다.

한편, 워크(35)를 워크 이송부(3)에 의하여 부주사 방향(Y축 방향) 뿐만 아니라, 주주사 방향(X축 방향)으로도 이동시키는 이동 기구를 마련하는 방법도 생각할 수 있다. 이 방법이면, 가공 영역(36)에 대하여 워크(35)의 피가공 부분을 주주사 방향으로 차례로 교체하면서 각 피가공 부분에 대한 가공 처리를 실행할 수 있으므로, 가공 영역(36)을 초과하는 주주사 방향 길이를 가진 워크에 대하여도 가공 처리를 실행할 수 있다.

그러나, 워크를 부주사 방향(Y축 방향) 뿐만 아니라 주주사 방향(X축 방향)으로도 이동시키는 이동 기구를 마련하는 것은 본 레이저 패터닝 장치의 대형화를 초래하게 된다. 특히, 본 실시 형태에서는 부주사 방향의 워크 길이가 가공 영역(36)을 초과할 정도의 길이를 가진 큰 워크(35)이기 때문에, 이와 같은 큰 워크(35)를 주주사 방향(X축 방향)으로도 이동시키기 위해서는 대형의 이동 기구가 필요하게 된다. 게다가, 이와 같은 큰 워크(35)는 중량도 크기 때문에, 관성력이 크고 고속의 이동이 곤란하여 생산성이 낮다는 문제도 생긴다.

이에, 본 실시형태에서는 주주사 방향(X축 방향)으로 워크(35)를 이동시키는 것이 아니라, 레이저 광(L)의 주사 범위를 주주사 방향으로 이동시키는 구성을 채용하고 있다. 상세하게는 캐리지(25)상에 레이저 주사부(2)를 탑재하여 레이저 주사부(2)를 주주사 방향으로 이동 가능하게 구성한다. 이에 따라, 주주사 방향(X축 방향)으로 워크(35)를 이동시키지 않고 갈바노 스캐너(21)에 의하여 주사된 레이저 광(L)이 워크 표면을 주사하는 범위, 즉 가공 영역(36)을 워크(35)에 대하여 주주사 방향으로 상대 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 워크(35)의 피가공 부분을 가공 영역(36)으로 차례로 이동시켜 가공 처리를 실행할 수 있어 주주사 방향(X축 방향)의 가공 영역(36) 폭이 좁아도 그 폭을 초과하는 큰 워크(35)에 대하여 가공 처리를 실행할 수 있다.

그 결과, 가공 영역(36)을 무리하게 확장시키지 않고도 가공 영역(36)을 초과하는 큰 워크(35)에 대하여 가공 처리를 실행할 수 있음으로써, 높은 가공 분해능σ을 유지할 수 있으므로, 큰 워크(35)에 대한 고정밀 가공을 실현할 수 있다. 또한, 주주사 방향(X축 방향)으로 이동하는 이동 수단으로서의 캐리지(25)에 탑재되는 탑재물은 본 실시형태에서는 실질적으로는 레이저 주사부(2), 즉, 갈바노 스캐너(21)와 fθ렌즈(22)뿐이다. 이 탑재물의 중량은 워크(35)에 비해 매우 경량이기 때문에, 캐리지(25)의 주주사 방향으로의 고속 이동을 실현할 수 있어 고생산성을 얻을 수 있다.

또한 캐리지(25)에 탑재되는 탑재물은 적어도 집광 수단으로서의 fθ렌즈(22)가 탑재되어 있으면 좋다. 따라서, 최경량의 구성은 fθ렌즈(22)만을 캐리지(25)에 탑재한 구성이다. 한편, 워크(35)에 대하여 경량인 부품이면, fθ렌즈(22)와 함께 다른 부품도 함께 캐리지(25)에 탑재하여도 된다. 예컨대, 본 실시형태와 같이 갈바노 스캐너(21) 등인 광 주사 수단을 캐리지에 탑재하여도 되고, 레이저 출력부(1)의 일부 또는 전부를 캐리지에 탑재하여도 된다.

또, 본 실시형태에서 주주사 방향으로 이동하는 캐리지(25)에 입사하는 레이저 광(L)의 광로, 즉, 레이저 출력부(1)로부터 출력된 레이저 광(L)의 광로는 X축 방향에 평행하게 된다. 그 때문에, 도 7에 나타낸 바와 같이, 캐리지(25)가 주주사 방향(X축 방향)의 어느 위치로 이동하여도, 레이저 출력부(1)로부터 출력된 레이저 광(L)은 캐리지(25)의 동일 개소로부터 입사한다. 따라서, 캐리지(25)가 주주사 방향(X축 방향)으로 이동하여도, 캐리지(25)에 입사된 후의 레이저 광(L)의 광로는 동일하고, 주주사 방향의 서로 다른 가공 영역(36－1, 36－2)에서 가공 처리를 실행하는 경우에도 동일한 가공 처리를 실현할 수 있다.

다만, 본 실시형태에서는 캐리지(25)가 이동하면, 캐리지(25)에 입사할 때까지의 레이저 광(L)의 광로 길이가 변화하게 된다. 그 때문에, 캐리지(25)에 입사하는 레이저 광(L)이 비평행 수렴이면, 캐리지(25)의 주주사 방향 위치에 따라 워크(35)에 조사되는 레이저 광(L)의 초점이 변화하고, 워크(35) 상의 레이저 광(L)의 스폿 직경이 변화하는 등, 가공 정밀도에 영향이 미친다.

본 실시형태에서는 레이저 발진기(11)로부터 출력되는 레이저 광(L)은 대략 평행 광속이며, 2개의 반사 미러(14, 15)를 통하여 빔 확장기(12)로부터 사출되고, 반사 미러(16)에 의하여 반사되므로 레이저 출력부(1)로부터 출력되는 레이저 광(L)도 대략 평행 광속이다. 따라서, 캐리지(25)에 입사하는 레이저 광(L)이 대략 평행 수렴이면, 캐리지(25)가 이동하여 주주사 방향 위치가 바뀌어도, 워크(35)에 조사되는 레이저 광(L)의 초점이 실질적으로 변화하지 않아, 워크(35)상의 레이저 광(L)의 스폿 직경이 변화하는 등의 영향이 미치지 않는다. 따라서, 주주사 방향이 다른 가공 영역(36－1, 36－2)에서 가공 처리를 실행하는 경우에도, 초점 조정 등 작업을 실행하지 않고도 동일한 가공 정밀도로 가공 처리를 실행할 수 있어 보다 높은 생산성을 실현할 수 있다.

다만, 레이저 주사부(2) 외에 레이저 출력부(1)의 전부도 캐리지(25)상에 탑재하는 구성으로 하면, 즉, 레이저 발진기(11) 등인 광원 자체를 캐리지(25) 상에 탑재하는 구성으로 하면, 캐리지(25)를 이동하여도 워크(35)에 조사되는 레이저 광(L)의 초점이 변화하는 일은 없지만, 캐리지(25) 상의 탑재물의 중량이 커짐으로써, 캐리지(25)의 고속 이동이 어려워지는 점을 고려할 필요가 있다.

도 8은 본 실시 형태의 레이저 패터닝 장치에 의한 패터닝 가공 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.

제어 PC(40)는 우선 워크(35)를 부주사 방향을 따라 워크 이송 방향 B로 이동시켜 목표 이송 위치에서 정지시키는 워크 송출 처리를 실행하되(S2), 그 워크 송출 처리 전에 흡인 펌프(58)의 구동을 개시하여(S1) 가공 테이블(53) 상에 워크(35)를 흡착시킨 상태로 한다. 따라서, 본 실시 형태에서는 흡인 펌프(58)의 흡인력에 의하여 가공 테이블(53) 상에 흡착한 상태의 워크(35)에 대하여 워크 송출 처리를 실행한다. 워크 송출 처리에 의하여 워크(35)가 목표 이송 위치에서 정지하였을 때, 흡인 펌프(58)의 흡인력에 의하여 가공 테이블(53) 상에 워크(35)가 흡착된 상태로 되므로, 워크(35)의 위치는 용이하게 움직이지 않도록 홀드된다. 워크 송출 처리의 구체적인 설명은 후술한다.

그 후, 제어 PC(40)는 워크(35)상의 피가공 부분을 특정하기 위한 피가공 부분 번호(N)를 0으로 세트 한 후(S3), 주주사 제어부(24)에 의하여 스텝 모터(26)를 제어하여 대기 포지션에 대기하고 있는 캐리지(25)를 주주사 방향을 따라 캐리지 송출 방향A(레이저 출력부(1)로부터 멀어지는 방향)으로 이동시켜 정해진 홈 포지션에서 정지시키는 캐리지 위치의 초기화 처리를 실행한다(S4).

이 초기화 처리에 있어서, 제어 PC(40)는 홈 포지션에서 정지한 캐리지(25)의 주주사 방향 위치를 리니어 엔코더(28)로부터 출력되는 주소 신호에 근거하여 취득한다. 구체적으로는, 리니어 엔코더(28)로부터의 주소 신호에 근거하여 제어 PC(40)가 관리하고 있는 홈 포지션과 실제로 정지한 캐리지(25)의 위치 차이를 검출하고, 이를 오프셋 값으로 하여 그 후의 캐리지(25)의 주주사 방향 위치 제어에 이용한다.

다음에, 제어 PC(40)는 워크(35)의 피가공 부분 번호(N)를 1로 세트 한다(S5). 그 후, 제어 PC(40)는 주주사 제어부(24)에 의하여 스텝 모터(26)를 제어하고, 홈 포지션에 위치하고 있는 캐리지(25)를 캐리지 송출 방향 A로 이동시키며, 최초로 가공 처리가 실행되는 워크(35) 상의 제1피가공 부분(N=1)을 가공 처리하기 위한 제1 가공 위치에서 정지시킨다(S6).

여기서, 본 실시 형태에서는 위치 정밀도 5μm 이하의 높은 가공 분해능을 실현하기 위하여, 갈바노 스캐너(21)에 의하여 주사되는 워크 상의 레이저 광 주사 범위, 즉 가공 영역(36)의 사이즈를 150［mm］×150［mm］으로 설정해 둔다. 그 때문에, 피가공 영역이 예컨대 450［mm］(주주사 방향)×600［mm］(부주사 방향)인 워크(35)에 대한 가공 처리를 실행하는 경우, 해당 피가공 영역을 주주사 방향을 따라 3 피스로 분할하고, 부주사 방향을 따라 4 피스로 분할한다.그리고, 이들 12 피스(피가공 부분 N=1~12)를 차례로 가공 처리함으로써, 피가공 영역 전체의 가공 처리를 실행한다.

즉, 캐리지(25)를 홈 포지션으로부터 제1 가공 위치, 제2 가공 위치, 제3 가공 위치로 차례로 이동시키고, 각 가공 위치에서 워크(35) 상의 대응하는 피가공 부분의 가공 처리를 실행하며, 제3 가공 위치에서의 가공 처리가 종료하면, 홈 포지션으로 복귀하는 동작을 반복한다(S5~S8). 한편, 부주사 방향에서는 캐리지(25)가 제3 가공 위치로 이동하여 가공 처리를 종료한 후(S8의 예), 다음에 제1 가공 위치에서의 가공 처리를 개시하기까지,제어 PC(40)는 처리 스텝 S2와 마찬가지로, 워크(35)를 워크 이송 방향 B로 150［mm］만큼 이동시켜 홀드하는 워크 송출 처리를 실행한다(S10). 그리고, 재차 캐리지(25)를 제1 가공 위치, 제2 가공 위치, 제3 가공 위치로 차례로 이동시켜 가공 처리를 실행한다(S4~S8). 이와 같은 동작을 4회 반복하면(S9의 예), 450［mm］× 600［mm］의 피가공 영역 전체의 가공 처리가 완료된다.

본 실시 형태와 같이 롤 형의 워크(35)를 부분적으로 권출하여 가공하는 경우에는, 캐리지(25)를 제1 가공 위치, 제2 가공 위치, 제3 가공 위치로 차례로 이동시켜 가공 처리를 실행한 후에 워크(35)를 워크 이송 방향 B로 150［mm］만큼 이동시키는 동작을 롤 엔드까지 반복하여 실시한다(S2~S11). 그리고, 롤 엔드로 되면(S11의 예), 흡인 펌프(58)의 구동을 정지하고(S12), 처리를 종료한다.

다음에, 부주사 방향으로 워크(35)를 이동시키는 워크 송출 처리에 대하여 설명한다.

도 9는 본 실시 형태의 워크 송출 처리 흐름 일례를 나타내는 흐름도이다.

본 실시 형태의 워크 송출 처리에 있어서, 제어 PC(40)는 우선, 스텝 모터로 이루어지는 레지스트레이션 모터(31)에 통전하여 여자 상태로 한 후(S21), 권취 모터(62)의 구동을 개시한다(S22). 이 때, 권취용 파우더 클러치(63)를 정해진 전류값으로 통전 상태로 하여 목표의 전달 토크가 얻어지도록 제어되므로, 권취 모터(62)의 구동 토크에 의하여 권취 스풀 축(67)이 회전 구동하여 권취 스풀 축(67) 상에 워크(35)가 감긴다. 이 워크 권출 동작에 의하여 워크(35)를 롤 형으로 지지하고 있는 롤 공급부(50)로부터 워크(35)가 인출되어 가공 테이블(53) 상의 워크(35)가 부주사 방향으로 이송된다.

여기서, 본 실시 형태에서는 상술한 바와 같이, 워크 송출 처리 전에 이미 흡인 펌프(58)가 구동하고 있어 가공 테이블(53) 상에 워크(35)가 흡착된 상태로 되어 있다. 그 때문에, 권취용 파우더 클러치(63)에 흘리는 전류값은 그 흡착에 의한 이송 부하에 저항하여 워크(35)를 부주사 방향으로 이송할 수 있는 이송력을 확보 가능한 전달 토크를 얻을 수 있도록 설정되어 있다.

또, 권취 모터(62)에 의한 워크 권취 동작 중은 레지스트레이션 브레이크(38)가 오프로 되므로, 여자 상태의 레지스트레이션 모터(31)의 부하가 이송 부하로 된다. 따라서, 권취용 파우더 클러치(63)에 흘리는 전류값은 레지스트레이션 모터(31)의 이송 부하가 있어도 워크(35)를 이송할 수 있는 이송력을 확보 가능한 전달 토크를 얻을 수 있도록 설정되어 있다.

또, 권취 모터(62)에 의한 워크 권취 동작 중은 권출용 파우더 클러치(59)도 정해진 전류 값으로 통전 상태로 하여 목표의 전달 토크가 얻어지도록 제어되고, 또한 권출 모터(56)도 구동한다. 권취 모터(62)에 의한 워크 권취 동작만으로 롤 공급부(50)로부터 워크(35)를 권출하는 경우, 롤 공급부(50)에서 생기는 이송 부하에 의하여 롤 공급부(50)와 롤 배출부(60) 사이의 워크(35)에 작용하는 장력이 과대하게 될 수 있기 때문이다. 다만, 롤 공급부(50)에서 생기는 이송 부하가 있어도 워크(35)에 작용하는 장력이 과대하게 되지 않으면, 권출 모터(56)에 의한 워크 권취 동작은 반드시 실시할 필요는 없다.

권취 모터(62)에 의한 워크 권취 동작 뿐만이 아니라, 권출 모터(56)에 의한 워크 권출 동작도 실시하면서, 롤 공급부(50)로부터 워크(35)를 권출하는 경우, 권출 모터(56)와 권취 모터(62)의 회전수는 권출 모터(56)에 의한 워크 권출 동작에 의하여 롤 공급부(50)로부터 워크(35)가 권출되는 속도보다 권취 모터(62)에 의한 워크 권취 동작에 의하여 롤 배출부(60)로 워크(35)가 권취되는 속도가 약간 빠르게 되도록 설정한다. 이에 따라, 롤 공급부(50)와 롤 배출부(60) 사이의 워크(35)가 부주사 방향으로 느슨해진 상태로 되는 것이 방지된다. 이 때, 롤 공급부(50)와 롤 배출부(60) 사이의 워크(35)에 부주사 방향으로의 과대한 장력이 발생하지 않도록, 권출용 파우더 클러치(59) 및 권취용 파우더 클러치(63)에 흘리는 전류 값이 적당히 설정된다. 본 실시 형태에 의하면, 워크(35)에 작용하는 장력을 적절한 장력으로 유지할 수 있으므로, 결과적으로 워크의 느슨함이나 늘어남에 기인한 가공 정밀도의 악화를 억제할 수 있다.

이와 같이 하여, 롤 공급부(50)로부터 워크(35)를 권출하여 가공 테이블(53) 상의 워크(35)를 부주사 방향으로 규정량만큼 이송하면, 레지스트레이션 브레이크(38)를 온으로 하여(S23), 레지스트레이션 롤러쌍(32)을 회전 불가능토록 한다. 이에 따라 레지스트레이션 롤러쌍(32)에 협지되어 있는 워크(35)는 부주사 방향으로의 이동이 금지되어 워크(35)의 표면에 형성되어 있는 정렬 마크(37)가 모니터 카메라(33, 34)의 촬상 영역내에 위치한다. 이 때, 레지스트레이션 브레이크(38)를 제어하여 워크(35)의 이송을 정지시킴으로써, 워크(35)의 이송을 즉석에서 확실하게 정지시킬 수 있어 워크(35)의 이송 정지 위치를 정밀도 높게 제어할 수 있다.

제어 PC(40)는 워크(35)가 정지하면, 가공 테이블(53) 상의 워크(35)를 촬상하는 모니터 카메라(33, 34)의 화상 데이터로부터 워크(35) 상의 정렬 마크(37)를 검출한다(S24). 그리고, 정렬 마크(37)의 검출 결과로부터 목표 이송 위치까지의 워크 이동량을 연산하고(S25), 그 연산 결과에 따라 부주사 제어부(30)에 레지스트레이션 모터(31)를 제어시킨다(S26). 이 때, 레지스트레이션 브레이크(38)는 오프로 한다. 이에 따라, 워크(35)는 레지스트레이션 롤러쌍(32)에 의하여 목표 이송 위치까지 이송되고, 연산한 워크 이동량만큼 워크(35)를 이송하면(S27), 레지스트레이션 브레이크(38)를 온으로 하여(S28), 워크(35)의 이송을 정지시킨다. 그 결과, 워크(35)는 목표 이송 위치에 고정밀도로 위치 결정된다. 워크(35)의 이송을 정지시킨 후에는 레지스트레이션 모터(31)도 권취 모터(62)도 정지시킨다(S29, S30). 또, 필요에 따라서 권출 모터(56)도 정지시킨다.

여기서, 본 실시 형태에서는 모니터 카메라(33, 34)의 화상 데이터로부터 워크(35) 상의 정렬 마크(37)를 검출하여, 워크(35)의 위치 검출을 실행한다. 이와 같은 위치 검출에서는 워크(35)의 Z축 방향 위치, 즉, 가공 테이블(53)의 표면의 법선 방향에서의 워크(35)의 위치가 변화하면, 워크(35)의 위치 검출 오차가 생겨 워크(35)의 정확한 위치를 검출할 수 없다. 이 경우, 목표 이송 위치까지의 워크 이동량의 연산 결과에 오차가 생겨 워크(35)를 목표 이송 위치에 고정밀도로 위치 결정 할 수 없게 된다. 특히, 본 실시 형태와 같이, 롤 형으로 감겨진 상태의 워크로부터 권출하는 구성이기 때문에, 가공 테이블(53) 상의 워크(35)에는 롤 형으로 감겨졌을 때의 굴곡 또는 휨이 남아 있어 워크(35)의 Z축 방향 위치가 변화하기 쉽다.

본 실시 형태에서는 워크 송출 처리 전에 이미 흡인 펌프(58)가 구동하고 있어 가공 테이블(53) 상에 워크(35)가 흡착된 상태로 되어 있다. 그 때문에, 모니터 카메라(33, 34)에 의하여 워크(35) 상의 정렬 마크(37)를 촬상할 때도, 가공 테이블(53) 상에 워크(35)가 흡착된 상태로 되어 있어 그 촬상 영역내의 워크(35)는 항상 평면성이 확보된다. 이에 따라, 촬상 영역내의 워크(35)의 Z축 방향 위치가 변화하지 않기 때문에, 모니터 카메라(33, 34)의 화상 데이터에 따라 워크(35)의 정확한 위치를 검출할 수 있어 워크(35)를 목표 이송 위치에 고정밀도로 위치 결정할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 워크(35)의 위치 검출을 모니터 카메라(33, 34)의 화상 데이터로부터 검출하는 예를 들었지만, 다른 수단에 의하여 워크(35)의 위치 검출을 실행하여도 된다. 예컨대, 워크 상의 마크를 전기적, 자기적 또는 광학적인 센서로 검출하는 수단을 이용하여도 된다. 다른 수단을 이용하여 워크(35)의 위치 검출을 실행하는 경우에도, 워크(35)의 Z축 방향 위치가 변화함으로써 위치 검출 오차가 생길 수 있으므로, 워크 이동 중에 가공 테이블 상에 워크를 흡착시켜 평면성을 확보하는 것은 유효하다.

도 10은 워크 상의 피가공 영역을 12개의 피스로 분할하여 차례로 가공 처리를 실행하는 경우의 가공 순서를 나타내는 설명도이다. 도 10에 있어서, 각 피가공 부분(36－1~36－24)에 도시되어 있는 숫자가 가공 순서를 나타낸다.

워크 상의 피가공 부분이 각각 독립된 것이면, 캐리지(25)의 각 가공 위치는 각각의 가공 영역(36)이 이간하는 위치이어도 된다. 그러나, 피가공 부분이 독립된 것이 아니고, 복수개의 피가공 부분에 의하여 1개의 가공 대상이 이루어지는 경우에는 캐리지(25)의 각 가공 위치를 각각의 가공 영역(36)이 인접 또는 부분적으로 중복되는 위치로 할 필요가 있다. 특히, 본 실시 형태와 같이 피가공 부분 간에서 배선 패턴을 연속시키는 패터닝 가공을 실행하는 경우에는, 피가공 부분 간에서 연속되는 배선 패턴이 어긋나 불연속이 되는 것을 피할 필요가 있다.

본 실시 형태에서 캐리지(25)는 왕복 이동에 따라 이동 방향(주주사 방향)과 직교하는 축 회전의 자세 오차, 이른바 피칭 오차에 의하여 주주사 방향의 가공 위치가 캐리지(25)의 정지마다 어긋나는 경우가 있다. 또, 워크(35)의 부주사 방향 위치도 오차가 생길 우려가 있다.이와 같은 오차가 발생된 대로 가공 처리를 실행하면, 피가공 부분간에서 연속되는 배선 패턴이 어긋나 불연속이 될 우려가 있다.

그 때문에, 본 실시 형태에서는 12개의 피스(피가공 부분) 간에 수십［μm］정도의 오버랩 영역을 마련하여 서로 이웃되는 피가공 부분이 서로 부분적으로 중복되도록, 각 피스(피가공 부분)를 설정한다. 이와 같은 오버랩 영역을 마련함으로써, 다소의 오차가 생겨도 배선 패턴이 불연속적으로 되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 도 1에 나타낸 바와 같이, 캐리지(25) 상에 모니터 카메라(23)를 배치하여 피스(피가공 부분) 간의 오버랩 영역에서의 가공 후의 패턴을 관찰할 수 있도록 되어 있다. 본 실시 형태에서는 모니터 카메라(23)에 의하여 오버랩 영역에서의 가공 후의 패턴을 촬상하고, 그 촬상 화상 데이터와 목표 가공 데이터를 비교하여 목표 가공 위치에 대한 가공 후 패턴의 차이를 검출한다. 이 검출 결과를 이용하여 그 가공 후의 패턴에 연속되는 패턴을 포함한 피가공 부분을 가공할 때의 X－Y좌표 오프셋 값을 미조정한다. 이와 같은 미조정에 의하여 캐리지(25)의 정지 목표 위치 차이 뿐만 아니라 캐리지(25)의 자세 오차에 따른 가공 위치 차이도 보정되어 높은 가공 정밀도를 실현할 수 있다.

도 11은 피스(피가공 부분) 간에서 연속되는 배선 패턴의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 11에는 피가공 부분 번호(N=1, N=2, N=4)의 각 피스에 걸치는 배선 패턴이 예시되어 있다. 도 11중의 사선으로 나타낸 영역은 오버랩 영역이며, 도 11중의 파선은 목표 가공 데이터에 따른 이상적인 가공 위치를 나타내고, 도 11중의 실선은 피가공 부분 번호(N=1)의 피스(피가공 부분)를 가공 처리한 후의 실제 배선 패턴이다.

도 11에 나타낸 바와 같이, 피스 N=1에 대하여 주주사 방향(X축 방향)으로 서로 이웃되는 피스 N=2 및 이에 대하여 주주사 방향(X축 방향)으로 서로 이웃되는 피스 N=3에 대해서는 Y축 좌표의 오프셋을 설정하여 워크(35)의 부주사 방향 위치를 보정한다. 한편, 피스 N=1에 대하여 부주사 방향(Y축 방향)으로 서로 이웃되는 피스 N=4 및 이에 나열되는 피스 N=7, 10에 대해서는 X축 좌표의 오프셋을 설정하여 캐리지(25)의 주주사 방향 위치를 보정한다. 이와 같은 오프셋 값은 미리 제어 PC(40)의 메모리에 기록해 두고 각 피스의 가공 처리 시에 판독하여 가공 데이터의 좌표 원점을 오프셋시킨다.

또한 주주사 방향으로 배열되는 피스, 바꾸어 말하면, 동일 캐리지 송출에 의하여 가공되는 피스는 리니어 가이드(29)의 진직도에 의하여 직진성이 담보되기 때문에, Y축 좌표의 오프셋은 일률로 된다. 한편, 부주사 방향으로 배열되는 피스에 대하여는, 상술한 바와 같이 캐리지(25)의 자세에 의하여 차이가 발생하기 때문에, 부주사 방향으로 인접하는 피스 가공 후의 패턴을 모니터 카메라(23)에 의하여 촬상하고, 그 촬상 화상에 근거하여 새롭게 얻어진 오프셋 값을 이용하여 메모리에 기록된 X축 좌표의 오프셋을 최신값으로 갱신하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 실시 형태에서는 캐리지(25) 상의 모니터 카메라(23)에 의하여 피스(피가공 부분) 간의 오버랩 영역 내의 가공 후의 패턴(기준 위치)을 촬상하여 목표 가공 위치에 대한 가공 후 패턴의 위치 차이를 검출한다. 그 때문에, 모니터 카메라(23)의 촬상 영역 내의 워크(35)의 Z축 방향 위치, 즉, 가공 테이블(53)의 표면의 법선 방향에서의 워크(35)의 위치가 변화하면, 가공 후 패턴의 위치를 정확하게 검출할 수 없다. 이 경우, 워크(35)의 부주사 방향 위치나 주주사 방향 위치를 보정하기 위한 적절한 오프셋 값을 설정하지 못하여 높은 가공 정밀도를 실현하는 것이 곤란하게 된다. 특히, 본 실시 형태와 같이, 가공 테이블(53) 상의 워크(35)에는 롤 형으로 감겨져 있었을 때의 굴곡 또는 휨이 남아 있는 경우에는, 워크(35)의 Z축 방향 위치가 변화하기 쉽기 때문에 높은 가공 정밀도를 실현하는 것이 보다 곤란하게 된다.

본 실시 형태에서는, 모니터 카메라(23)에 의하여 오버랩 영역 내의 가공 후의 패턴을 촬상할 때도, 가공 테이블(53) 상에 워크(35)가 흡착된 상태로 되어 있어 그 촬상 영역 내의 워크(35)는 항상 평면성이 확보된다. 이에 따라, 촬상 영역 내의 워크(35)의 Z축 방향 위치가 변화하지 않기 때문에, 모니터 카메라(23)의 화상 데이터에 따라 가공 후 패턴의 정확한 위치를 검출할 수 있어 높은 가공 정밀도를 실현할 수 있다.

본 실시 형태에서는 워크(35) 상의 각 피가공 부분을 레이저 광(L)의 주사에 의하여 패터닝 가공할 때, 워크(35) 및 캐리지(25)는 정지한 상태로 가공 처리가 실행되는 예를 설명하였다. 다만, 부주사 방향으로 이동 중의 워크(35)에 대하여 가공 처리를 실행하는 것도 가능하고, 또, 캐리지(25)를 주주사 방향으로 이동하면서 워크(35)에 대하여 가공 처리를 실행하는 것도 가능하다.

부주사 방향으로 이동 중의 워크(35)에 대하여 가공 처리를 실행하는 경우, 그 가공 영역 내의 워크(35)의 Z축 방향 위치가 변화하면, 가공 대상물에 대한 가공 광의 초점 위치가 변동하여 안정된 가공 정밀도를 얻을 수 없게 된다. 본 실시 형태에서 설명한 워크 이송부(3)는 흡인 펌프에 의하여 워크(35)를 가공 테이블(53) 상에 흡착시킨 상태이어도 부주사 방향으로의 워크(35)의 이동을 실현할 수 있다. 따라서, 부주사 방향으로 이동 중의 워크(35)에 대하여 가공 처리를 실행하는 경우에도, 가공 영역 내의 워크(35)의 Z축 방향 위치를 변화시키지 않고 가공 처리를 실행할 수 있으므로 안정된 가공 정밀도를 얻을 수 있게 된다.

또, 본 실시 형태에 있어서, 워크(35)를 가공 테이블(53) 상에 안정하게 흡착시키기 위해서는, 워크(35)의 종류(두께, 재질, 탄력 등)의 차이에 따라 흡인 펌프(58)의 흡인력을 제어하는 것이 바람직하다. 예컨대, 워크(35)의 두께가 두꺼운 것이나 탄력이 강한 것일 수록 가공 테이블(53) 상에 안정하게 흡착시키기 위해서는 큰 흡인력이 필요하게 된다. 다만, 흡인력이 과대하게 되면, 오히려 두께가 얇은 워크(35)의 평면성을 확보할 수 없게 될 우려가 있다. 따라서, 워크(35)의 종류에 따라 적절한 흡인력으로 되도록 흡인 펌프(58)를 제어하는 것이 바람직하다.

한편, 흡인 펌프(58)의 흡인력이 변화하면, 워크(35)를 이송할 때의 이송 부하도 변화하기 때문에, 워크(35)를 안정하게 이송할 수 있고, 또한, 워크(35)의 장력을 적절한 범위로 유지하는데 필요한 토크가 변화하게 된다. 따라서, 흡인 펌프(58)의 흡인력을 제어하는 경우에는, 이에 따라 권출용 파우더 클러치(59)나 권취용 파우더 클러치(63)의 전류 값도 제어하는 것이 바람직하다.

또, 워크(35)를 이송할 수록 롤 공급부(50)에 지지되는 워크(35)의 롤 직경이 작아지고 또한 롤 배출부(60)에 지지되는 워크(35)의 롤 직경이 커진다. 롤 직경이 변화하면, 워크(35)의 이송 중의 부하가 변화하기 때문에, 워크(35)의 장력을 적절한 범위로 유지하는데 필요한 토크가 변화하게 된다. 따라서, 롤 공급부(50)에 지지되는 워크(35)의 롤 직경이나 롤 배출부(60)에 지지되는 워크(35)의 롤 직경의 변화에 따라 권출용 파우더 클러치(59)나 권취용 파우더 클러치(63)의 전류 값을 제어하는 것이 바람직하다.

이상으로 설명한 것은 일례이며, 다음의 양태마다 특유의 효과를 상주한다.

(양태 A)

가공 테이블(53) 등인 가공대 부재의 대면 상에 재치된 상태의 워크(35) 등인 가공 대상물을 이동시키는 워크 이송부(3) 등인 이동 수단과, 상기 가공대 부재의 대면 상에 재치되어 있는 가공 대상물 부분에 레이저 광(L) 등인 가공 광을 조사하는 레이저 출력부(1) 및 레이저 주사부(2) 등인 광 조사 수단을 구비하는 레이저 패터닝 장치 등인 광 가공 장치에 있어서, 상기 가공대 부재의 대면에 형성되어 있는 세공 등인 흡인구로부터의 흡인력에 의하여 상기 가공 대상물을 상기 대면에 흡착시키는 공동부(57) 및 흡인 펌프(58) 등인 흡착 수단과, 상기 이동 수단에 의한 가공 대상물의 이동 중의 정해진 흡인 기간에 상기 가공 대상물을 상기 대면에 흡착시키도록 상기 흡착 수단을 제어하는 제어 PC(40) 등인 흡착 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 양태에 의하면, 이동 수단에 의한 가공 대상물의 이동 중의 정해진 흡인 기간에 가공 대상물을 가공대 부재의 대면 상에 흡착시킬 수 있다. 따라서, 가공 대상물을 이동시켜 가공을 실행하는 광 가공 장치에서 가공 대상물의 평면도를 유지할 수 있다.

또, 가공 대상물의 이동 중에 가공 대상물을 가공대 부재 상에 흡착시키지 않음으로 인한 각종 문제도 해결할 수 있다.

또한, 각종 문제로서는 예컨대 다음과 같은 것을 들 수 있다.

가공 대상물에 조사되는 가공 광의 광축 방향에 대하여 직교하는 방향(본 실시 형태 중의 X축 방향, Y축 방향)에서 가공 대상물을 가공 영역에 대하여 고정밀도로 위치 결정하기 위하여, 가공 대상물의 위치 검출 결과에 따라 가공 대상물을 이동시켜 가공 대상물을 목표 위치에 위치 결정하는 경우가 있다. 이 경우, 가공 대상물의 위치를 검출하는 개소는 가공 영역에 가능한 한 가까운 개소가 바람직하다. 왜냐하면, 가공 대상물의 위치 검출을 실행하는 개소가 가공 영역으로부터 멀어질 수록, 해당 개소와 가공 영역 사이에 생기는 가공 대상물의 신축, 휨 등에 기인한 위치 결정 오차가 커지기 때문이다. 그 때문에, 가공 영역에 가까운 가공대 부재 상에서 가공 대상물의 위치 검출을 실행하는 것이 바람직하다. 그렇지만, 이 경우에도 가공 대상물에 조사되는 가공 광의 광축 방향으로 가공 대상물이 변위하게 되면, 위치 검출에 오차가 생겨 가공 대상물의 위치 결정 정밀도가 악화된다. 따라서, 가공 영역에 가까운 가공대 부재 상에서 가공 대상물의 위치 검출을 실행하여 가공 대상물을 이동시켜, 가공 대상물을 목표 위치에 위치 결정하는 경우, 그 이동 중도 가공 대상물을 가공대 부재 상에 흡착시키지 않으면 가공 대상물의 위치 결정 정밀도가 악화된다는 문제가 생긴다.

또, 가공 대상물을 이동시키면서 가공 처리를 실행하는 광 가공 장치에서는 그 이동 중도 가공 대상물을 가공대 부재 상에 흡착시키지 않으면 안정된 가공 정밀도를 얻을 수 없게 된다는 문제가 생긴다.

또, 롤 형으로 감겨진 가공 대상물의 롤로부터 가공 대상물을 송출하여 가공 영역으로 이송하는 광 가공 장치에 있어서는, 도 6에 나타낸 롤 to 시트 방식과 같이, 가공 대상물의 이송 방향 선단 측에는 실질적으로 이송력을 부여하지 않고, 가공 대상물을 송출하는 힘으로 가공 대상물을 이송하는 경우가 있다. 이 경우, 롤로부터 송출된 가공 대상물 부분에는 롤 형으로 감겨져 있었을 때의 굴곡 또는 휨이 남아 있어 이로 인하여 가공 대상물의 이송 이상이 생기기 쉽다. 그 때문에, 가공 대상물의 이송 중에도 가공 대상물을 가공대 부재 상에 흡착시키지 않으면 가공 대상물의 굴곡 또는 휨으로 인하여 가공 대상물의 이송 이상이 생기기 쉽다는 문제가 생긴다.

본 양태는 이와 같은 각종 문제를 해결하는 것도 가능하다.

(양태 B)

상기 양태 A에 있어서, 상기 가공대 부재의 대면에 평행인 방향에 관하여 이 대면 상에 재치되어 있는 가공 대상물 부분의 위치를 검출하는 모니터 카메라(23, 33, 34) 등인 위치 검출 수단과, 상기 위치 검출 수단의 검출 결과에 따라 상기 이동 수단을 제어하는 부주사 제어부(30) 및 제어 PC(40) 등인 이동 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 가공 대상물의 이동 중도 가공 대상물을 가공대 부재 상에 흡착시켜 두지 않음으로 인하여 생기는 문제 중, 가공 대상물의 이동 제어의 정밀도가 악화된다는 문제를 해결할 수 있다.

(양태 C)

상기 양태 B에 있어서, 상기 위치 검출 수단은 상기 대면 상에 재치되어 있는 가공 대상물 부분의 정렬 마크(37)나 가공 후 패턴 등인 기준 위치를 모니터 카메라(23, 33, 34) 등인 촬상 수단에 의하여 촬상하고, 얻어지는 촬상 화상 데이터로부터 상기 가공 대상물 부분의 위치를 검출하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 고정밀도에 가공 대상물의 위치를 검출할 수 있다.

(양태 D)

상기 양태 A~C 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 흡착 제어 수단은 상기 흡착 수단에 의한 흡인력의 크기를 변경하는 제어를 실행하는 것을 특징으로 한다.

가공 대상물의 종류(두께, 재질, 탄력 등)가 바뀌면, 그 가공 대상물을 가공대 부재 상에 안정하게 흡착시키기 위하여 필요한 흡인력이 변화하게 된다. 본 양태에 의하면, 가공 대상물의 종류(두께, 재질, 탄력 등)가 바뀌어도, 가공 대상물을 가공대 부재 상에 안정하게 흡착시키는 것이 가능하게 된다.

(양태 E)

상기 양태 A~D 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 이동 수단은 상기 가공대 부재의 대면 상에 상기 가공 대상물의 피가공 부분이 차례로 이동하도록, 상기 가공 대상물을 이송하는 권출 모터(56)나 권취 모터(62) 등인 이송 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 가공대 부재의 대면 상에 가공 대상물의 피가공 부분이 차례로 이동하도록 가공 대상물을 이송하고 있을 때에, 가공 대상물을 가공대 부재 상에 흡착시키지 않음으로 인한 문제를 해결할 수 있다.

(양태 F)

상기 양태 E에 있어서, 상기 이송 수단은 상기 가공 대상물을 롤 형으로 감은 상태로 지지하는 롤 공급부(50) 등인 권출 지지부와, 이 권출 지지부에 지지되는 롤 형의 가공 대상물을 권출 방향으로 회전 구동시키는 권출 모터(56), 권출용 파우더 클러치(59) 등인 제1 구동 수단과, 이 권출 지지부로부터 권출되어 상기 가공대 부재의 대면 상을 통과한 가공 대상물 부분을 롤 형으로 감은 상태로 지지하는 롤 배출부(60) 등인 권취 지지부와, 상기 권취 지지부에 감기는 가공 대상물을 권취 방향으로 회전 구동시키는 권취 모터(62), 권취용 파우더 클러치(63) 등인 제2 구동 수단과, 이 제1 구동 수단 및 이 제2 구동 수단을 제어하는 부주사 제어부(30) 등인 구동 제어 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 가공 전후의 가공 대상물을 롤 형으로 유지할 수 있으므로, 가공 전후의 가공 대상물을 포함한 광 가공 장치의 설치 스페이스의 공간 절약화를 도모할 수 있다.

(양태 G)

상기 양태 F에 있어서, 상기 제1 구동 수단 및 상기 제2 구동 수단 중 적어도 어느 한 구동 수단은 전달 토크를 변경 가능한 권출용 파우더 클러치(59)나 권취용 파우더 클러치(63) 등인 전달 토크 변경 수단을 구비하고 있고, 상기 구동 제어 수단은 상기 권출 지지부와 상기 권취 지지부 사이의 가공 대상물의 장력이 목표 범위로 유지되도록, 상기 전달 토크 변경 수단을 제어하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 권출 지지부와 권취 지지부 사이의 가공 대상물의 장력을 목표 범위로 안정하게 유지할 수 있어 가공 대상물의 휨이나 늘어남을 억제하여 안정된 가공 정밀도를 실현할 수 있다.

(양태 H)

상기 양태 G에 있어서, 상기 구동 제어 수단은 상기 적어도 어느 한 구동 수단에 의하여 회전 구동하는 롤 형의 가공 대상물의 롤 직경에 따라 상기 전달 토크 변경 수단을 제어하는 것을 특징으로 한다. 권출 지지부나 권취 지지부에 지지되는 가공 대상물의 롤 직경은 가공 대상물의 이송에 따라 변화하게 된다. 이 롤 직경이 변화하면, 가공 대상물의 이송 중의 부하가 변화하기 때문에, 가공 대상물의 장력을 적절한 범위로 유지하는데 필요한 토크가 변화하게 된다. 본 양태에 의하면, 출 지지부나 권취 지지부에 지지되는 가공 대상물의 롤 직경에 따라 전달 토크 변경 수단을 제어함으로써 롤 직경이 변화하여도 가공 대상물의 장력을 적절한 범위로 유지할 수 있다. 따라서, 가공 대상물의 휨이나 늘어남을 억제하여 안정된 가공 정밀도를 실현할 수 있다.

(양태 I)

상기 양태 G 또는 H에 있어서, 상기 흡착 제어 수단은 상기 흡착 수단에 의한 흡인력의 크기를 변경하는 제어를 실행하는 수단이고, 상기 구동 제어 수단은 상기 흡착 수단에 의한 흡인력의 크기에 따라 상기 전달 토크 변경 수단을 제어하는 것을 특징으로 한다.

흡착 수단에 의한 흡인력의 크기가 변화하면, 가공 대상물을 이송할 때의 이송 부하도 변화하기 때문에, 가공 대상물을 안정하게 이송하면서 가공 대상물의 장력을 적절한 범위로 유지하는 데에 필요한 토크가 변화하게 된다. 본 양태에 의하면, 흡착 수단에 의한 흡인력의 크기에 따라 전달 토크 변경 수단을 제어함으로써, 흡착 수단에 의한 흡인력의 크기가 변화하여도 가공 대상물의 장력을 적절한 범위로 유지할 수 있다. 따라서, 가공 대상물의 휨이나 늘어남을 억제하여 안정된 가공 정밀도를 실현할 수 있다.

(양태 J)

상기 양태 F~I 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 흡착 제어 수단은 상기 광 조사 수단에 의하여 가공 대상물에 가공 광을 조사하는 광 조사 기간에는 상기 가공 대상물을 상기 대면에 흡착시키도록 상기 흡착 수단을 제어하고, 상기 구동 제어 수단은 상기 광 조사 기간에는 상기 제1 구동 수단 및 상기 제2 구동 수단에 의한 가공 대상물의 회전 구동을 정지시키는 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 가공 대상물에 가공 광을 조사하고 있는 광 조사 기간(가공 처리 중)에 제1 구동 수단이나 제2 구동 수단에 의하여 가공 대상물이 작동되는 것을 방지할 수 있어 안정된 가공 정밀도를 실현할 수 있다.

(양태 K)

상기 양태 A~J 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 가공대 부재는 상기 가공 광을 투과하는 광 투과 부재로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이에 의하면, 가공 광에 의한 가공대 부재의 손상을 억제할 수 있어 가공대 부재의 수명을 연장할 수 있다.

1 : 레이저 출력부 2 : 레이저 주사부
3 : 워크 이송부 10 : 레이저 드라이버부
20 : 갈바노 스캐너 제어부 21 : 갈바노 스캐너
22 : fθ렌즈 23 : 모니터 카메라
24 : 주주사 제어부 25 : 캐리지
26 : 스텝 모터 28 : 리니어 엔코더
29 : 리니어 가이드 30 : 부주사 제어부
31 : 레지스트레이션 모터 32 : 레지스트레이션 롤러쌍
33, 34 : 모니터 카메라 35 : 워크
36 : 가공 영역 37 : 정렬 마크
38 : 레지스트레이션 브레이크 50 : 롤 공급부
51 : 공급 스풀 축 53 : 가공 테이블
54 : 커터 56 : 권출 모터
57 : 공동부 58 : 흡인 펌프
59 : 권출용 파우더 클러치 60 : 롤 배출부
62 : 권취 모터 63 : 권출용 파우더 클러치
67 : 권취 스풀 축

Claims (11)

1. 가공대 부재의 대면 상에 재치(載置)된 상태의 가공 대상물을 이동시키는 이동 수단과,
   상기 가공대 부재의 대면 상에 재치되어 있는 가공 대상물 부분에 가공 광을 조사하는 광 조사 수단을 구비하는 광 가공 장치에 있어서,
   상기 가공대 부재의 대면에 형성되어 있는 흡인구로부터의 흡인력에 의하여 상기 가공 대상물을 상기 대면에 흡착시키는 흡착 수단과,
   상기 이동 수단에 의한 가공 대상물의 이동 중의 정해진 흡인 기간에 상기 가공 대상물을 상기 대면에 흡착시키도록 상기 흡착 수단을 제어하는 흡착 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가공대 부재의 대면에 평행인 방향에 관하여 상기 대면 상에 재치되어 있는 가공 대상물 부분의 위치를 검출하는 위치 검출 수단과,
   상기 위치 검출 수단의 검출 결과에 따라 상기 이동 수단을 제어하는 이동 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 위치 검출 수단은 상기 대면 상에 재치되어 있는 가공 대상물 부분의 기준 위치를 촬상 수단에 의하여 촬상하고, 얻어지는 촬상 화상 데이터로부터 상기 가공 대상물 부분의 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 흡착 제어 수단은 상기 흡착 수단에 의한 흡인력의 크기를 변경하는 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 이동 수단은 상기 가공대 부재의 대면 상으로 상기 가공 대상물의 피가공 부분이 차례로 이동하도록 상기 가공 대상물을 이송하는 이송 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 이송 수단은 상기 가공 대상물을 롤 형으로 감은 상태로 지지하는 권출 지지부와, 이 권출 지지부에 지지되는 롤 형의 가공 대상물을 권출 방향으로 회전 구동시키는 제1 구동 수단과, 상기 권출 지지부로부터 권출되어 상기 가공대 부재의 대면 상을 통과한 가공 대상물 부분을 롤 형으로 감은 상태로 지지하는 권취 지지부와, 상기 권취 지지부에 권취되는 가공 대상물을 권취 방향으로 회전 구동시키는 제2 구동 수단과, 상기 제1 구동 수단 및 상기 제2 구동 수단을 제어하는 구동 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 구동 수단 및 상기 제2 구동 수단 중 적어도 어느 한 구동 수단은 전달 토크를 변경 가능한 전달 토크 변경 수단을 구비하고,
   상기 구동 제어 수단은 상기 권출 지지부와 상기 권취 지지부 사이의 가공 대상물의 장력이 목표 범위로 유지되도록 상기 전달 토크 변경 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 구동 제어 수단은 상기 적어도 어느 한 구동 수단에 의하여 회전 구동하는 롤 형의 가공 대상물의 롤 직경에 따라 상기 전달 토크 변경 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.
9. 제7항에 있어서,
   상기 흡착 제어 수단은 상기 흡착 수단에 의한 흡인력의 크기를 변경하는 제어를 실행하는 수단이고,
   상기 구동 제어 수단은 상기 흡착 수단에 의한 흡인력의 크기에 따라 상기 전달 토크 변경 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.
10. 제6항에 있어서,
    상기 흡착 제어 수단은 상기 광 조사 수단에 의하여 가공 대상물에 가공 광을 조사하는 광 조사 기간에는 상기 가공 대상물을 상기 대면에 흡착시키도록 상기 흡착 수단을 제어하고,
    상기 구동 제어 수단은 상기 광 조사 기간에는 상기 제1 구동 수단 및 상기 제2 구동 수단에 의한 가공 대상물의 회전 구동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가공대 부재는 상기 가공 광을 투과하는 광 투과 부재로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 가공 장치.

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